電源適配器功率集成電路基礎(chǔ)知識

     電源適配器功率集成電路(PIC)是指將高壓功率器件與信號處理系統(tǒng)及外圍接口電路?保護(hù)電路?檢測診斷電路等集成在同一芯片的集成電路?以往,一般將其分為智能功率集成電路(SPIC)和高壓集成電路(HVIC)兩類?但隨著PIC的不斷發(fā)展,兩者在工作電壓和器件結(jié)構(gòu)上(垂直或橫向)都難以嚴(yán)格區(qū)分,已習(xí)慣于將它們統(tǒng)稱為智能功率集成電路?智能功率集成電路是機(jī)電一體化的關(guān)鍵接口電路,是S)C( System On Chip)的核心技術(shù)?它將信息采集?處理與功率控制合一,是引發(fā)第二次電子革命的關(guān)鍵技術(shù)。

     SPlC出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代后期?由于是單芯片集成,SPIC減少了系統(tǒng)中的元件數(shù)?互連數(shù)和焊點(diǎn)數(shù),不僅提高了系統(tǒng)的可靠性?穩(wěn)定性,而且減少了系統(tǒng)的功耗?體積?重量和成本但由于當(dāng)時的功率器件主要為雙極型晶體管?GTO等,功率器件所需的驅(qū)動電流大,驅(qū)動和保護(hù)電路復(fù)雜,PIC的研究并未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展?直至20世紀(jì)80年代,由MOs柵控制并具有高輸入阻抗?低驅(qū)動功耗?容易保護(hù)等特點(diǎn)的新型MOS類功率器件,如功率MOSFET?GB等的出現(xiàn),使得驅(qū)動電路簡單,且容易與功率器件集成,才迅速帶動了PIC的發(fā)展?但復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和昂貴的工藝成本限制了PIC的應(yīng)用?進(jìn)入20世紀(jì)90年代后,PIC的設(shè)計(jì)與工藝水平不斷提高,性能價(jià)格比不斷改進(jìn),PIC逐步進(jìn)入了實(shí)用階段?產(chǎn)品主要包括功率MO)S智能開關(guān)?電源管理電路?半橋或全橋逆變器?PWM專用SPIC?線性集成穩(wěn)壓器及開關(guān)集成穩(wěn)壓器等?據(jù)美國CSFB公司2001年5月23日公布的數(shù)據(jù)表明,全世界PIC的銷售額已超過100億美元,并將以超過10%的速度增長,預(yù)計(jì)2006年P(guān)IC的市場份額將接近200億美元?

     SPIC的典型代表產(chǎn)品為IR公司的IR2110?IR2130系列功率MO)S柵驅(qū)動IC?IR2110?IR2130在500V或600V電壓下工作,較大峰值電流為2A,工作頻率為500kHz,可承受大于±50V/ns的高dv/dt?新推出的IR22233?IR2235工作電壓可高達(dá)1200V,輸出驅(qū)動電流為0.4A?同時IR公司較近還推出了命名為ICRIO7113,用于太空應(yīng)用的第一種高壓抗輻射加固的功率MOS柵驅(qū)動IC?其工作電壓為400V,可承受100kRAD的輻射劑量而不會出現(xiàn)性能下降的情況

     SPIC總的技術(shù)發(fā)展趨勢是工作頻率更高?功率更大?功耗更低和功能更全?目前,SPIC的主要研究內(nèi)容為:開發(fā)高成品率?低成本工藝且兼容于CMOS的產(chǎn)品;針對包括多個大功率器件的單片SPIC的研究;能在高溫下工作并具有較好堅(jiān)固性的SPIC的研究;大電流高速M(fèi)OS控制并有自保護(hù)功能的橫向功率器件的研究。SPIC的下一個目標(biāo)是將多個高壓大電流功率器件與低壓電路集成在同一芯片上，使之具備系統(tǒng)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單片式功率系統(tǒng)的集成。較近，陳星弼院士提出了一種與CMOS工藝完全兼容的新的橫向耐壓結(jié)構(gòu)，這種全兼容的新功率器件為第二次電子革命的真正到來奠下了一塊基石。

功率半導(dǎo)體技術(shù)正朝著高溫、高頻、低功耗、高功率容量以及智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展，新結(jié)構(gòu)、新工藝硅基功率器件正不斷出現(xiàn)并逼近硅材料的理論極限，新材料功率半導(dǎo)體器件正不斷走向成熟。可以預(yù)期，隨著SPIC的不斷發(fā)展，人們期望已久的第二次電子革命將后面到來。